Contenuto di carbonio e proprietà dell'acciaio: la scala del carbonio

La scala a colpo d'occhio

Fascia di carbonio	Carattere	Usi tipici
Molto basso — sotto 0.10%	Tenero, estremamente formabile, si salda senza precauzioni	Lamiera imbutita in profondità, nastro, filo, rivetti; gli acciai interstitial-free (IF) si collocano in fondo a questa fascia
Basso — 0.10–0.25%	Il cavallo di battaglia strutturale saldabile: buona duttilità, resistenza modesta, risposta all'indurimento limitata	Profili strutturali e lamiere (territorio S235–S355), tubi, fabbricazione generale
Medio — 0.25–0.60%	Risponde fortemente a tempra e rinvenimento; la fascia delle macchine	Alberi, ingranaggi, assi: C45/1045 a circa 0.45%, 4140 a circa 0.40%
Alto — 0.60–1.00%	Molle, parti antiusura e taglienti; la saldatura diventa una procedura specialistica	Acciai per molle (circa 0.5–0.8%), acciai per rotaie, funi metalliche, coltelli
Molto alto — oltre 1.00%	Massimo volume di carburi e durezza come temprato; fragile senza un attento rinvenimento	Acciai per utensili e stampi (D2 contiene circa 1.5%), lime, piste di cuscinetti a circa 1.0%

Cosa controlla il carbonio

Limite di durezza. Il carbonio stabilisce la durezza massima che un acciaio può raggiungere quando è completamente temprato. La relazione è ripida all'inizio, poi si satura: un acciaio con circa 0.20% di carbonio raggiunge al massimo circa 45 HRC, mentre uno con circa 0.60% di carbonio può raggiungere la fascia medio-60 HRC. Oltre circa 0.6–0.8%, il carbonio aggiuntivo aggiunge carburi resistenti all'usura piuttosto che maggiore durezza.

La profondità di indurimento è una questione diversa. Quanto in profondità penetra quella durezza — la temprabilità — si acquista con manganese, cromo, molibdeno o tracce di boro, non con il carbonio. Confondere i due è un classico errore di specifica: un acciaio comune ad alto carbonio può comunque rammollirsi pochi millimetri sotto la superficie di una sezione spessa.

La saldabilità va nella direzione opposta. Man mano che il carbonio aumenta, la zona termicamente alterata si indurisce di più e si cricca più facilmente. Il settore esprime questo con l'equivalente di carbonio, più comunemente la formula IIW CE = C + Mn/6 + (Cr+Mo+V)/5 + (Ni+Cu)/15. Gli acciai con CE basso si saldano liberamente; man mano che il CE sale oltre circa 0.40–0.45, preriscaldo, apporto termico controllato e prassi a basso idrogeno diventano necessari — ed è per questo che i gradi strutturali limitano il carbonio ben all'interno della fascia bassa.

Tenacità e duttilità diminuiscono costantemente salendo la scala: allungamento ed energia di resilienza a parità di resistenza sono massimi nelle fasce a basso carbonio, e gli acciai ad alto carbonio ottengono la loro durezza con una fragilità che il rinvenimento deve poi ricomprare.

Scegliere un gradino

La regola pratica è acquistare non più carbonio di quanto l'applicazione consumi. Le strutture saldate restano in basso; le parti che saranno temprate a cuore e rinvenute vivono nella fascia media; solo le parti pagate in usura o vita del tagliente — molle, rotaie, utensili — giustificano i gradini alti e i loro costi di fabbricazione. I nomi dei gradi spesso introducono di nascosto la risposta: in designazioni come C45, 1045 o S45C, il numero è il carbonio nominale in centesimi di percento.